近日，日本产业技术综合研究所（AIST）化学过程研究部的高级研究员Tetsuji Ito、副研究员Yasuhisa Hasegawa等人，与TechnoMedica株式会社的高级研究员Akiko Yoshida、国立东北大学高级材料科学研究所（WPI-AIMR）Hirotomo Nishihara教授，和Fuji Siricia Chemical株式会社研发小组负责人Kenichi Izawa，以及Japan Electronics株式会社的副主任研究员Yusuke Sakuta 等人合作，开发出一种小型传感器，该传感器使用不含贵金属的电极，无需去除血液中的杂质即可测量血糖值（葡萄糖浓度）。
血糖值可以通过电化学方法测量，其原理是：葡萄糖在酶（葡萄糖氧化酶：GOx）的作用下被氧化，过程中产生过氧化氢（H?O?），H?O?在白金（Pt）工作电极上分解，产生的电流与葡萄糖浓度相对应。然而，适合检测H?O?的分解电位与血液中溶解氧、维生素C（抗坏血酸）等杂质的分解电位重叠，因此要准确测量，必须事先去除这些杂质。传统的使用Pt电极的传感器通常采用在不受溶解氧影响的电位下分解H?O?，同时利用杂质去除膜去除维生素C的方法。本研究中，通过将普鲁士蓝（PB）附着在用石墨烯（G）涂层的多孔二氧化硅球（PSS）上，制成PB/G/PSS作为工作电极，从而将溶解氧和维生素C的分解电位移位，开发出一种不受这些杂质影响的H?O?传感器。开发的葡萄糖传感器能够在包括空腹血糖值（葡萄糖浓度：70-100 mg/dL）的浓度范围内，更广泛地测量0-270 mg/dL的血液葡萄糖浓度。此外，经证实，当工作电极和参比电极均使用PB/G/PSS时，传感器表现出相同的性能。
此次新开发的葡萄糖传感器不需要污染物去除过程，该研究促进了近年来需求不断增加的可以测量血糖值和乳酸值的血液气体分析装置的小型化。 此外，由于不使用Pt等贵金属，因此有助于稳定供应和降低制造成本。
血液气体分析装置用于测量血液中的氧分压、二氧化碳分压、pH等指标，是急诊医疗中评估患者病情紧急程度不可或缺的工具。近年来，能够同时测量血糖值和乳酸值（这些指标有助于识别意识障碍的原因）以及血液气体的分析装置已经问世，可快速测定多种项目。然而，在急救现场，需要更快的检测速度，因此对小型、便携式装置的需求不断增加。此外，由于血液气体分析需要使用动脉血，会给患者带来较大负担，特别是在儿科医疗中，需要能够用少量血液进行检测的装置。
血糖值是通过将血液中的葡萄糖在酶（GOx）的作用下氧化过程中产生的H?O?在工作电极上分解，并将产生的电流与葡萄糖浓度相对应来进行测量的。传统的葡萄糖传感器由于H?O?的分解电位与杂质（如氧气和维生素C）的分解电位重叠，因此需要去除这些杂质才能进行准确测量。这种去除机制使得传感器结构复杂化，阻碍了与其他传感器的集成化，从而给装置的小型化带来了困难。此外，电极中使用了贵金属铂（Pt），在制造成本和材料供应方面也存在一些问题。
AIST一直在推进使用PB/G/PSS的小型传感器的开发工作。此前，通过将PB/G/PSS用作参比电极，成功抑制了工作电极上的银（Ag）污染，实现了小型氧气传感器的长寿命化（2024年8月20日产总研新闻稿）。此次，基于通过使用PB/G/PSS作为工作电极来转移作为污染物的溶解氧和维生素C的分解电位的想法，AIST与TechnoMedica株式会社、国立东北大学、Fuji Siricia Chemical株式会社和 Japan Electronics株式会社合作，实现了不需要污染物去除过程的紧凑型葡萄糖传感器。
通过选择合适的氧化酶，该技术有望应用于葡萄糖以外的糖类或氨基酸等生物传感器。未来，AIST计划将开发的小型酶传感器集成到血液气体分析装置中，从而实现医疗现场的即时分析，有助于提高民众整体生活质量（QOL）。
该技术的详细信息已于2025年5月12日发表在《ACS Electrochemistry》期刊上，并将刊登在封面上（补充期刊封面）。（DOI：10.1021/acselectrochem.5c00045）
